Комп’ютерне моделювання потоків у плоских каналах
##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##
##plugins.themes.bootstrap3.article.main##
Анотація
У статті розглядається дослідження процесів перенесення в економічному охолоджувачі повітря непрямого випарного типу. Принцип роботи пропонованого охолоджувача повітря ‒ використання ефекту випарного охолодження. Вода (прісна або морська) є робочим агентом, що витрачається. Охолоджувачі повітря випарного типу відрізняються низькою собівартістю та малими експлуатаційними витратами. Матриця охолоджувача організована системою щілинних каналів. Для виготовлення насадки використовуються дешеві, екологічно безпечні та поширені матеріали: пластини або плівки на основі поліетилену, полістиролу чи поліпропілену та пористі неткані матеріали на основі поліпропілену або целюлози (флізелін). Описано організацію комп'ютерного моделювання тепло-масоперенесення у системі плоских каналів складного (у плані) профілю за малої величини зазору, який у 15-50 разів менше ширини каналу. В якості математичної моделі приймається система рівнянь: нерозривність, Нав'є-Стокс в проекції на координатні осі, тиску і Фур'є-Кірхгофа. Для спрощення постановки завдання запропоновано прийом усереднення величини швидкості третьої координати (за зазором в каналі). Зосередження проводиться з урахуванням профілю швидкості. Таким чином, здійснюється перехід від тривимірної до двовимірної математичної моделі. Для вирішення отриманої системи рівнянь використано модифікований різницевий метод розв'язання. У цьому випадку використовується апроксимація за триточковою схемою одночасно членів рівняння з другою та першою похідними. Вирази для коефіцієнтів апроксимуючої формули виходять методом аналітичного рішення. Схема має абсолютну стійкість. Під час комп'ютерного моделювання виділяються дві задачі. Одна ‒ спільне вирішення рівнянь нерозривності та Нав'є-Стокса. Друга ‒ розрахунок поля тиску. Виконується ітераційне узгодження рішень щодо визначення полів тисків та швидкостей потоків. Проводились дослідження функціонування охолоджувача повітря, зібраного за схемою перехресного струму (схема Мунтерса). Описано організацію натурного експерименту на макеті охолоджувача повітря. Наводяться результати натурного та обчислювального експериментів, проведених авторами. Зазначається гарне узгодження результатів експериментів.
##plugins.themes.bootstrap3.article.details##
Посилання
2. Demis Pandelidis, Sergey Anisimov. Numerical study and optimization of the cross-flow Maisotsenko cycle indirect evaporative air cooler // International Journal of Heat and Mass Transfer, 2016. – Vol. 103. – P. 1029-1041.
3. Bindu Dr. R.S., Kumar N., Choudhary N.P., Naik A., P. Gupta P. Design of Indirect Evaporative Cooler. Flat Plate-Counter Flow Type // International Journal of Engineering Research & Technology. – 2017. – Vol. 6. – Issue 06. – P. 259-260.
4. Shah, R.K. Fundamentals of Heat Exchanger Design / R.K. Shah, D.P. Sekulic. - New Jersey: Wiley and Sons. ‒ 2003. ‒ 941 p.
5. Dorrepaal, J.M. Slip flow in converging and diverging channels [Text] / J.M. Dorrepaal // Journal of Engineering Mathematics. ‒ 1993. ‒ Vol. 27. ‒ Р. 343-356.
6. Kananeh, A.B. Fouling in Plate Heat Exchangers: Some Practical Experi- ence / A.B. Kananeh // Heat Exchangers. ‒ Basics Design Applications. ‒ 2012. ‒ P. 533-550.
7. Mota, F.A. Modeling and design of plate heat exchanger / F.A. Mota, M.A. Ravagnani, E.P. Carvalho // Heat Transfer Studies and Applications. ‒ 2015. ‒ P. 165-199.
8. Yang, Q. Experimental Study of the Particulate Dirt Characteristics on Pipe Heat Transfer Surface / Q. Yang, Z. Zhang, E.Yao, N. Zhang, N. Li // Journal of Thermal Science. ‒ 2019. ‒ Vol. 28. P.1-11.
9. Yugang Wang, Xiang Huang, Li Li. Comparative Study of the Cross-Flow Heat and Mass Exchangers for Indirect Evaporative Cooling Using Numerical Methods // Energies, 2018. – Vol. 11, Issue 12. – P. 3374-3385.
10. Prathyusha, B.G.R. Numerical Investigation on Shell, Tube Heat Exchanger with Segmental and Helix Baffles. / B.G.R. Prathyusha, N. Janjanam, K.V.N. Rao, G. Sandeep // International Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development. ‒ 2018. ‒ Vol. 8. ‒ 183-192.
11. Vachagina, E.K. Fourier method for heat transport equation in the conver- gent channel [Tekst] / E.K. Vachagina, D.V. Ananyev // International Journal of Heat and Mass Transfer. ‒ 2013. ‒ Vol. 57. ‒ Р. 148-154.
12. Balasubramanian, S. Thermal energy savings in pilot-scale plate heat exchanger system during product processing using modified surfaces / S. Balasubramanian, V.M. Puri // Journal of Food Engineering. ‒ 2009. ‒ P. 608-611.
13. Mathews E.H., Kleingeld M., Grobler L.J. Integrated simulation of buildings and evaporative cooling systems // Building and Environment. – 1994. – Vol. 29, – Issue 2. – P. 197-206.
14. Rudenko S.V., Chelabchy V.V. Orientation of the project «Indirect evaporative air coolers» // Visnyk Odeskoho natsionalnoho morskoho universytetu: Zbirnyk naukovykh prats 2(48). – Odesa: ONMU, 2016. P. 216-224.
15. Chelabchi V.V. Mathematical modeling of air coolers of indirect evaporative type // Vostochno-evropeiskyi zhurnal peredovыkh tekhnolohyi, № 1/1(85). Kharkov, 2017. P. 34-42.
16. Tuzova I.A., Chelabchi V.V., Chelabchi V.N. Numerical modeling of flows in slit channels // Victnik Odeskoho Natsionalnoho Universytetu: Zb. nauk. prats, 2017. – Vol. 4. – Issue 53. – P. 85-95.
17. Panchenko T.D., Starodub V.I., Tuzova I.A., Chelabchi V.V., Chelabchi V.N. Identification of thermo-hydraulic characteristics of channels with a complex profile // Victnik odeskoho natsionalnoho universytetu: Zbirnyk naukovykh prats, 2019. – Vol. 2. – Issue 59. – P. 135-154.
18. Merkt R.V., Chelabchi V.V., Chelabchi V.N. Development of effective computer simulation methods // Odeskoho natsionalnoho universytetu: Zbirnyk naukovykh prats, 2005. – Vol. 17. – P. 257-270.
19. Merkt R.V., Chelabchi V.V., Chelabchi V.N. Computer simulation of associated transfer processes // Victnik natsionalnoho tekhnichnogo univer- sytetu «ХПІ». Zbirnyk naukovykh prats. Tematychnyi vipusk «Systemniy analiz, upravlinnya to informatsiyni tekhnologii», 2004. – Vol. 2. – P. 37-47.
20. Dubenets V.H., Khylchevskyi V.V., Savchenko O.V. Fundamentals of the finite element method. – Chernihiv: ChDTU, 2003. – 346 p.
21. Tymeichuk O.Yu. Mathematical models and optimization of heat and mass transfer: Tutorial. – Rivne: NUVHP, 2010. – 50 p.
22. Ovcharenko V.A., Podliesnyi S.V., Zinchenko S.M. Fundamentals of the finite element method and its application in engineering calculations: Tutorial. – Kramatorsk: DDMA, 2008. – 380 p.